درک اینکه عناصر ضروری حیات در سطح زمین کجا و به چه میزان وجود داشتهاند، به توضیح منشأ و تکامل حیات کمک میکند. فسفر (P) یکی از این عناصر است که ستون فقرات DNA، RNA و غشاهای سلولی را تشکیل میدهد. در سطح زمین، فسفر عمدتاً به صورت کانیهای فسفات در سنگها حفظ میشود. با این حال، این کانیهای فسفات عموماً نامحلول هستند. بنابراین، دانشمندان مدتها برای پاسخ به این سوال که تحت چه شرایطی فسفر میتوانسته در زمین اولیه غلظت یابد، با چالش مواجه بودهاند.
اکنون، یک تیم تحقیقاتی شامل یویا تسوکاموتو و تاکشی کاکگاوا از دانشگاه توهوکو ممکن است پاسخ را یافته باشند. آنها برای اولین بار شواهد ژئوشیمیایی و کانیشناسی را کشف کردهاند که نشان میدهد دگرسانی گرمابی زیردریایی ممکن است منبع قابل توجهی از فسفر در زمین اولیه بوده باشد.
تسوکاموتو توضیح میدهد: «ما سنگهای بازالتی کف دریا با قدمت 3.455 میلیارد سال را در نمونههای حفاریشده از کراتون پیلبارا در استرالیای غربی تجزیه و تحلیل کردیم و دریافتیم که فسفر از سنگهای دگرسانیشده گرمابی به طور قابل توجهی بیشتر از سنگهایی که کمتر دگرسانی شده بودند، شسته شده است.» او در ادامه میافزاید: «تحلیلهای کانیشناسی بیشتر نشان داد که کانیهای فسفات در سنگهایی که فسفر آنها تهی شده بود، دچار انحلال شده بودند. به عبارت دیگر، این فرآیندهای گرمابی ممکن است فسفر را از سنگها به آب دریاهای اطراف آزاد کرده و اقیانوسهای اولیه را با این ماده مغذی ضروری غنی کرده باشند.»
تیم تحقیقاتی دریافت که این انحلال قابل توجه ناشی از دو نوع سیال گرمابی بوده است: سیالات سولفیدی و با دمای بالا، و سیالات نسبتاً اسیدی تا قلیایی و با دمای نسبتاً پایین. به ویژه، سیالات نوع دوم ویژگی دوره آرکئن (Archean) هستند که نشاندهنده اتمسفر غنی از CO2 در آن زمان است.
محاسبات نشان داد که این سیالات نوع دوم میتوانستند تا 2 میلیمولار (mM) فسفات داشته باشند که تقریباً 1000 برابر بیشتر از غلظتهای کنونی در آب دریا است. علاوه بر این، محاسبات مبتنی بر نتایج تحلیلی این مطالعه نشان داد که شار سالانه فسفر از سیالات گرمابی زیردریایی در دوره آرکئن میتوانسته با شار تأمینشده به اقیانوسهای مدرن از طریق هوازدگی قارهای قابل مقایسه باشد.
تسوکاموتو اضافه میکند: «نکته مهم این است که این مطالعه شواهد مستقیمی را ارائه میدهد که فعالیت گرمابی زیردریایی فسفر را از سنگهای بازالتی کف دریا شسته و شار بالقوه فسفر از این سیستمهای گرمابی به اقیانوس اولیه را تعیین کمی میکند.» او ادامه میدهد: «یافتههای ما نشان میدهد که سیستمهای گرمابی میتوانستند به صورت محلی فسفر کافی برای حمایت از اکوسیستمهای میکروبی اولیه را تأمین کنند. این محیطها ممکن است به عنوان گهوارههایی برای حیات اولیه عمل کرده و نقش مهمی در منشأ و تکامل حیات ایفا کرده باشند.»
این مطالعه همچنین تأثیر بالقوه میدانهای گرمابی را نه تنها در کف دریا، بلکه در محیطهای زمینی مانند چشمههای آب گرم نیز برجسته میکند. تحقیقات آینده در مورد رفتار فسفات در سنگهای دگرسانیشده گرمابی در طول زمان، تغییرات در چرخههای فسفر در زمین اولیه را بیشتر آشکار خواهد کرد.
جزئیات این مطالعه در تاریخ 18 ژوئن 2025 در مجله Geochimica et Cosmochimica Acta منتشر شد.
رفتار فسفات در طی دگرسانی گرمابی زیردریایی سنگهای بازالتی کف دریا با قدمت تقریبی 3.455 میلیارد سال از پیلبارا، استرالیای غربی، Geochimica et Cosmochimica Acta